JP3187386B2 - 蛍光染料を検出する装置 - Google Patents

蛍光染料を検出する装置

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JP3187386B2
JP3187386B2 JP09811699A JP9811699A JP3187386B2 JP 3187386 B2 JP3187386 B2 JP 3187386B2 JP 09811699 A JP09811699 A JP 09811699A JP 9811699 A JP9811699 A JP 9811699A JP 3187386 B2 JP3187386 B2 JP 3187386B2
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    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
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    • G01N21/645—Specially adapted constructive features of fluorimeters
    • G01N21/6452—Individual samples arranged in a regular 2D-array, e.g. multiwell plates

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はサンプル内の蛍光染
料を検出する装置に関する。この装置は、検出すべき蛍
光染料を励起する装置を含んでいる。前記装置はサンプ
ルの使用のために備えられた１つの検出表面と、励起光
カップリング装置とを含んでいる。この励起光カップリ
ング装置により、前もって定められた入射の方向からの
励起光を装置内へ結合することができる。結合された光
のエバネッセントフィールドにより、検出すべき蛍光染
料が使用されるサンプル内で励起される。さらに前記装
置は、検出すべき蛍光染料によって放出された蛍光を検
出する手段を含んでいる。
【０００２】
【従来の技術】このような装置は、文献 A.N. Sloper,
J.K. Deacon and M.T.Flanagan "A Planar Indium Phos
phate Monomode Waveguide Evanescent Field Immunose
nsor"in: Sensors and Actuators, B1（1990）, 589-59
1 から知られている。
【０００３】この文献は特に、薄膜導波管がガラス基板
上に提供される最初の実施例を参照している。励起光に
結合するための、薄膜導波管に対して固定されている装
置によって、単色のレーザ光は薄膜導波管内へ結合さ
れ、薄膜導波管を通してその検出表面に平行に伝導され
る。薄膜導波管に適用されたサンプルに含まれる蛍光染
料は、薄膜導波管に沿って伝播されるレーザ光のエバネ
ッセントフィールドによって励起される。蛍光染料によ
って放出される蛍光は、最終的に光電子増倍管装置によ
って検出される。
【０００４】この文献にはさらに上述の装置の第２の実
施例が示されており、ここでは検出すべき蛍光染料を励
起する装置はガラスプレートの形で設けられており、こ
のガラスプレートには励起光、すなわち光源からの単色
のレーザ光を結合する装置が備えられている。光源はガ
ラスプレートに対して固定されて、前記励起光カップリ
ング装置によって前記ガラスプレートへ結合され、前記
ガラスプレートを通って全反射率の角度で伝導される。
【０００５】ちょうど薄膜導波管の場合と同様に、ガラ
スプレートで使用されるサンプルに含まれる蛍光染料
は、この実施例の場合にもレーザ光のエバネッセントフ
ィールドによって励起される。ここでも再びこの励起か
ら生じる蛍光は光電子増倍管装置によって検出される。
【０００６】しかし従来技術から知られている両方の実
施例の不都合は、これらの実施例が実用的な用途すなわ
ち多くのサンプルが分析されるときには、取り扱うのが
非常に難しいことである。特に薄膜導波管およびガラス
プレートはそれぞれ、サンプルのそれぞれの分析の後に
洗浄されなければならない。その後、新しいサンプルを
加え、サンプルを加えられている薄膜導波管又はガラス
プレートを光源及び検出装置に対して調整しなければな
らない。したがって、複数のサンプルを従来技術から知
られる装置を用いて分析することには非常に手間がかか
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来技術による装置の
この不都合に関連して、本発明の課題は１つ又は複数の
蛍光染料を検出するための公知の装置の取り扱いの特性
を、特に複数のサンプルの分析に関して改良することで
ある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この課題は、検出すべき
蛍光染料を励起する装置は連続的な光導波層であり、サ
ンプルはこの連続的な光導波層の検出表面に相互に分離
して配置されており、かつ単一の励起光によって次々に
検出され、検出表面が入射の方向に対して可動なように
設けられており、検出表面の種々のサブセクションにお
いて検出すべき蛍光染料が励起されることを特徴とする
冒頭に言及された形式の装置によって解決される。
【０００９】
【発明の実施の形態】入射の方向に対して励起用装置が
可動であることにより、サンプルの適用のために備えら
れた検出表面に同時に複数のサンプルを適用でき、前記
サンプル内に含まれるそれぞれの蛍光染料は前もって定
められた順序で励起することができる。さらに最終的
に、蛍光染料によって放出される蛍光は蛍光を検出する
慣用の装置によって検出できる。
【００１０】本発明の望ましい実施例によれば、検出手
段は検出表面に対向して位置決めされており、前記検出
表面の移動が完全に実行された際に前記検出表面が完全
にスキャンされる。このことにより適用すべきサンプル
が装置の検出表面全体にわたって蛍光染料を励起させる
ことが可能となり、それによって検出表面が最適に利用
される。
【００１１】例えば検出手段にはリニアのフォトダイオ
ードアレイ又はＣＣＤアレイを備えることができる。こ
れに代えて検出手段に検出器特に光電子増倍管を備える
ことができ、これは予め定められた検出表面のスキャン
方向に沿ってガイド可能に配置されている。このような
適合された検出手段により、装置の検出表面全体が完全
にスキャンすべき蛍光染料を励起するために使用され
る、簡単な手法で使用されるすべてのサンプルが分析さ
れることが保証される。
【００１２】必要に応じて検出信号の品質を高めるため
に、検出装置にはレンズ系及び／又は前記手段によって
検出すべき蛍光の波長に適合調整されたカラーフィルタ
手段を備えることができる。レンズ系は、放出された蛍
光を検出手段にフォーカシングするのを可能にし、それ
によってより高い局部分解能を検出手段上で達成するこ
とができる。フィルタ手段は蛍光に適合調整されるた
め、検出手段によって検出されるのは蛍光のみであり、
検出結果は他の光放射例えば励起の散乱光によって影響
されないことが保証される。
【００１３】第１の代替手段によれば、検出すべき蛍光
染料を励起する装置は、その検出表面が入射の方向に対
して回転運動を行うように構成することができる。この
場合に検出表面は回転対称であってよく、有利には特に
円形リング形の検出表面とすることができる。この配置
により、利用可能な検出表面を特に有効に利用すること
ができる。さらに検出表面の回転運動は、比較的簡単な
機械的手段で実現することができる。
【００１４】１つの有利な実施例によれば、少なくとも
１つの別の検出手段を設けることができる。特に前記第
１の検出手段及び別の検出手段のそれぞれは、検出表面
に対して平行に、かつ相互に予め定められた角度で配置
することができる。こうした測定は追加される検出手段
の数に相応して、測定時間を短縮する助けとなる。この
少なくとも１つの別の検出手段にも、レンズ系及び／又
は前記手段によって検出すべき蛍光の波長に適合調整さ
れたカラーフィルタ装置を備えることができる。
【００１５】第１の検出手段、及び／又は少なくとも１
つの別の検出手段には、種々のカラーフィルタ手段を備
えることができる。このようにして、異なる波長で蛍光
を放出する蛍光染料を検出でき、又はこれに代えて種々
の蛍光染料を同時に検出することができる。これにより
従来技術から知られている装置と比較してまた、測定時
間を短縮することができる。
【００１６】リニアのフォトダイオードアレイ又はＣＣ
Ｄアレイが回転運動を実行する検出表面に接続されて使
用される場合、前記フォトダイオードアレイ又はＣＣＤ
アレイを実質的に半径方向に指向させると有利である。
同様に光電子増倍管が使用される場合、この光電子増倍
管は実質的に半径の検出表面でのスキャン方向へガイド
できるように設けなければならない。こうした測定によ
り、検出に使用される手段の総数を最大にすることがで
きる。
【００１７】第２の代替手段によれば、検出すべき蛍光
染料を励起する装置は、検出表面が入射の方向に対して
並進運動を行うように設けることができる。
【００１８】製造プロセスを簡素化するためには、実質
的に矩形形状を有する検出表面を設けると有利である。
【００１９】リニアのフォトダイオードアレイ又はＣＣ
Ｄアレイが使用される場合、この場合にはそれらを有利
な手法で平行運動の方向に対してほぼ直角に指向させる
ことができる。同様に光電子増倍管も、検出表面スキャ
ンの並進運動に対して実質的に直角にガイドできるよう
に設けられなくてはならない。並進運動に関しては、こ
の実施例により測定時間の最適な利用が得られる。その
うえこの実施例は機械的に最も容易に実現することがで
きる。
【００２０】特に望ましい別の実施例によれば、検出手
段又は各検出手段と検出表面の運動とが同期されてお
り、これにより検出表面上の各ロケーションは、検出手
段又は各検出手段による結果に相関されている。このこ
とにより全体における複数のサンプルの蛍光の統計的な
評価だけでなく、検出された蛍光のそれぞれのサンプル
への正確な割り当ても可能となる。
【００２１】上記のすべての実施例では、励起光カップ
リング装置を、検出表面に対して又は入射の方向に対し
て固定されているように設けることができる。
【００２２】励起光カップリング装置は、例えばホログ
ラフィック格子の形の格子カプラ、又はこれに代えて鏡
の形の格子カプラの形状で設けることが望ましい。
【００２３】本発明の上記の実施例では、検出すべき蛍
光染料を励起する装置は薄膜導波管を有することがで
き、この薄膜導波管は基体上に設けられているか、又は
これに代えてガラスプレート上に設けられている。
【００２４】薄膜導波管の場合には、励起光カップリン
グ装置が検出すべき蛍光染料を励起させる光を薄膜導波
管内に結合して、励起光が薄膜導波管を通ってその検出
表面に平行に伝導されるようにする。このことは、光の
１つのモードだけが、前記薄膜導波管の検出表面に平行
に伝播される形で励起光が結合される際に有利である。
これを達成するために、薄膜導波管は予め定められた厚
さを超えてはならず、励起光は予め定められた角度で結
合されなければならない。
【００２５】ガラスプレートの場合には、励起光のカッ
プリング装置は検出すべき蛍光染料を励起させる光をガ
ラスプレート内へ、この光が全反射率の角度でガラスプ
レートを通して伝導されるように結合させる。
【００２６】別の有利な改善形態によれば、装置内に戻
り結合される蛍光をデカップリングするデカップリング
装置と前記光を検出する装置とを設けることができ、前
記デカップリング装置は、例えば格子形カプラ、特にホ
ログラフィック格子形カプラの形で設けられる。これら
の格子は放出スペクトルを分散させるのに使用でき、こ
のため前記光を検出する装置は付加的に、全ての蛍光染
料の累積しているスペクトルの検出を可能としている。
【００２７】上記の実施例の一層の有利な改善形態によ
れば、１９９８年３月２３日付で本出願の出願人によっ
て出願されたドイツ連邦共和国特許出願明細書の中で説
明されている種類の中空スペースの検出器を使用するこ
ともまた可能である。
【００２８】本発明の一層有利な特徴は、図面類を参照
して行われる本発明の望ましい実施例の説明によって示
される。
【００２９】
【実施例】図１には、サンプルＰ内の蛍光染料Ｆを検出
する装置１００の本発明の第１の実施例が示されてい
る。
【００３０】装置１００は、サンプルＰ内に含まれる蛍
光染料Ｆを励起する装置１１０を有している。前記装置
１１０は、基体１１７上に取り付けられる薄膜導波管１
１６の形で実現される。
【００３１】図１によれば、前記基体１１７は円形ディ
スクの形状に構成されている。このディスクはその中心
点に関して回転運動Ｄを実行できるように支承されてい
る。
【００３２】基体１１７の上に薄膜導波管１１６がリン
グ形のディスクの形で配置されている。前記リング形デ
ィスクのセンタは回転軸上に設けられている。
【００３３】光カップリング装置１１１を通って予め定
められた入射の方向Ｒからの励起光が薄膜導波管１１６
に結合できる。光のカップリング装置１１１はリング形
ディスクの内側の側面に設けられている。図１で示され
る実施例によれば、格子形カプラはこの目的に使用さ
れ、このカプラは回転軸に関して同心となるように設計
されている。光が規定された固定角度で格子形カプラ１
１１に入射する場合、この光は薄膜導波管内へ結合さ
れ、薄膜導波管の検出表面に平行に伝播する。
【００３４】カップリング装置１１１はホログラフィッ
クに製造され、リング形の格子として設計されることが
望ましい。
【００３５】さらに、使用される材料に依存して薄膜導
波管１１６の厚さは数１０ｎｍから数μｍまでの間の範
囲であり、その結果、励起光は格子形カプラ１１１を介
して膜導波管内に結合され、単に１つのモードだけが前
記薄膜導波管内を伝播する。
【００３６】例えば、屈折率ｎ≒２．１のＴａ２Ｏ５の
厚さは１００ｎｍの範囲であり、屈折率ｎ≒１．４５の
合成クォーツガラスの厚さは１μｍ〜２μｍの範囲にあ
るようにされる。
【００３７】薄膜導波管１１６はさらに検出表面１１２
を有している。この検出表面１１２には蛍光染料に関し
て分析すべき複数のサンプルＰが加えられている。１０
個のサンプルが図１に示されている。
【００３８】さらに、装置１００は検出手段１２０を有
している。この検出手段は、例えばリニアのダイオード
アレイ又はＣＣＤアレイの形で、半径方向に位置決めさ
れたリニアの検出器アレイの形で設けられている。
【００３９】以下に装置１００の動作のモードを簡単に
説明する。
【００４０】装置が動作しているとき、入射の方向Ｒか
らの光は励起波長、例えば励起波長の単色のレーザ光を
有しており、薄膜導波管１１６内へ結合される。単色の
レーザ光は、最終的に薄膜導波管１１６のディスク面か
ら放出されるまで、薄膜導波管１１６の内部を検出表面
１１２に平行に伝播する。
【００４１】薄膜導波管で使用されるサンプルＰに含ま
れる蛍光染料Ｆは、薄膜導波管１１６に沿って移動する
レーザビームのエバネッセントフィールドによって励起
される。蛍光染料Ｆから放出される蛍光は、最終的には
検出手段１２０により検出される。
【００４２】回転運動Ｄにより検出表面１１２全体が検
出手段によってスキャンされる。従って検出結果は検出
表面１１２全体にわたって分布しているサンプル内に含
まれる蛍光染料Ｆに関して得られる。
【００４３】さらに、検出手段１２０と励起用装置１１
０の回転運動から生じる検出表面１１２の運動とは、装
置１００で同期されている。したがって検出表面１１２
上の各スポットひいては各サンプルは、検出手段１２０
上の検出結果と相関している。
【００４４】図１で示される装置１００は種々に変更す
ることができる。
【００４５】例えば薄膜導波管をガラスプレートに置換
することができる。このガラスプレートに検出すべき蛍
光染料を励起させる光が結合され、全反射率の角度で前
記ガラスプレートを通って伝導される。このガラスプレ
ートは数ｍｍの厚さがあることが望ましい。
【００４６】この種の励起用装置では、レーザ光のエバ
ネッセントフィールドが蛍光染料を励起させるために、
単色のレーザ光の全反射率のスポット内で使用される。
【００４７】下方遷移中に励起された蛍光染料によって
放出される蛍光は、最終的には検出手段１２０によって
検出される。
【００４８】この場合励起光をプリズムカプラによって
結合することができる。このプリズムカプラは、リング
形でかつ堅固にディスクに接続されている。
【００４９】さらにホログラフィック格子形カプラ１１
１を従来の格子形カプラに置換できる。この格子形カプ
ラは例えば公知のエッチングプロセスを用いて製造され
る。
【００５０】伝導されるサンプルに含まれる蛍光染料Ｆ
の統計的な検査を行うだけであれば、言い換えれば蛍光
を特定のサンプルに割り当てること必要がないのであれ
ば、検出表面の運動を検出手段に同期させる必要はな
い。
【００５１】さらに半径方向で位置決めされた検出器ア
レイ、すなわちリニアのダイオードアレイ又はＣＣＤア
レイは、光電子増倍管で置換できる。その場合この光電
子増倍管は、ディスクの半径全体にわたって可動に配置
される。この場合にももちろんディスクの半径上の光電
子増倍管の運動は、検出される光が特定のサンプルに割
り当てられるように検出表面の運動と同期される。
【００５２】上述の検出手段に加えて、１９９８年３月
２３日付で本出願の出願人によって出願されたドイツ連
邦共和国特許出願明細書で開示されている種類のいわゆ
る中空スペース検出器を使用することもまた可能であ
る。
【００５３】このような中空スペースの検出器は、中空
のスペース（キャビティ）を含んでいる。この中空スペ
ースは、図１で説明された、有利には球として設計され
る装置のために使用される。この中空のスペースは、有
利にはスロットとして実現される第１の開口を有してい
る。
【００５４】中空スペース検出器の中空のスペースは励
起用装置に対して、励起用装置が移動する際に、中空ス
ペースの第１の開口がサンプルの加えられている検出表
面を完全にスキャンするように位置決めされている。さ
らに、蛍光染料の蛍光が放出される検出表面のエリアの
対向側にスロットが設けられるように、中空スペースを
形成する。
【００５５】中空のスペースは、例えばバリウム硫酸塩
か、又はスペクトラロンから成る高反射率の内部検出表
面を有している。この特殊なコーティングによって、内
部の検出表面反射率９９．８％を達成することができ
る。
【００５６】さらに第２の開口が前記中空のスペース内
に形成されている。この開口内に、検出すべき蛍光染料
によって放出される蛍光を検出する第１の検出器が、例
えば光電子増倍管装置の形で挿入されている。
【００５７】このような構成では、励起されている蛍光
染料によって放出された蛍光が中空スペース内へ透過さ
れ、最終的には複数の全反射率の処理後、高反射率の検
出表面で検出器によって検出される。
【００５８】その上でサンプルが最終的に励起される検
出表面の一部は、中空のスペースの第１の開口に直接に
対向して位置しており、さらに蛍光には一般に特別に有
利な方向がないので、近似的に５０％の強度の蛍光がこ
の構成で、最終的にそれを検出することができる中空の
スペースへ透過される。
【００５９】本発明による別の改善形態では、蛍光は言
い換えれば約２πｓｒ （ステラジアン）の立体角度で
中空のスペース内に集光され、そこで検出される。
【００６０】その結果、レンズ系又は光ガイドと相応の
検出器が使用されていた従来技術から公知の装置と比較
して、蛍光が集光される立体角度はかなり増大し、これ
により検出の確率を増加させることができる。
【００６１】また中空のスペースは他の幾何学的な形、
例えば立方体又は類似の形を呈することができる。ただ
し球体のデザインと比較して、中空のスペース内での蛍
光の反射の回数が検出器によって検出される時間まで増
加され、このため中空のスペースにおける反射ロスの増
加にいたることがある。
【００６２】中空スペース検出器の検出器は光電子増倍
管の形で設けられている。この光電子増倍管の前面にカ
ラーフィルタを配置すると有利である。このカラーフィ
ルタは、検出すべき蛍光染料Ｆによって放出される波長
に調整される。
【００６３】中空のスペースでの反射ロスをさらに低減
すべき場合には、検出器を光遮閉装置の開口内に挿入す
ると有利である。さらに必要に応じて検出器にはコリメ
ータレンズを設けてもよい。
【００６４】さらにブロッキングフィルタ装置を中空の
スペースの第１の開口の前面に設けることができる。こ
のブロッキングフィルタ装置は、励起に使用され中空の
スペースの方向に散乱される光に対しては不透明であ
り、検出すべき蛍光を透過させる。
【００６５】第１の検出器に加えて別の検出器を設ける
ことができる。この検出器は中空のスペース内のそれぞ
れの付加的な開口内へ挿入される。
【００６６】これらの付加的検出器は、第１の検出器と
構造的に同様のデザインを有することができるか、また
は特に第１の検出器で検出すべき蛍光の波長と異なる蛍
光の波長に適合させることができる。
【００６７】一方ではこれらの付加的な検出器は、同じ
蛍光染料の蛍光の検出を可能にするが、この蛍光は異な
った励起の状態から生じる。
【００６８】他方では、検出器を、同時に少なくとも１
個の別の蛍光染料を検出するために設けるように実現し
てもよい。この目的のためには、カップリング装置によ
って異なる励起用波長の光を結合させることが必要とな
る。
【００６９】また上述の２つの動作方法の任意の組み合
わせが可能であることは言うまでもない。すなわちこの
装置を、複数の蛍光染料の蛍光を種々の波長で検出する
のに使用してもよい。
【００７０】図１に関して説明されている実施例の場合
には、単色光のビームだけが光カップリング装置を介し
て薄膜導波管と結合されているが、図１で示される装置
はまた、２つ又はそれ以上の励起用波長で動作すること
もできる。例えば、励起は周波数範囲で変調することが
でき、それぞれの周波数における蛍光は相応に制御され
る検出装置によって検出することができる。
【００７１】特定の蛍光染料の蛍光を検出する目的で説
明された装置を使用するためには、励起光源と、図３に
示される実施例のように構成される場合には検出手段の
前方に蛍光染料に適合したカラーフィルタとが設けられ
なくてはならない。カラーフィルタについては以下に説
明する。
【００７２】４８８ｎｍで蛍光を発生するように励起さ
れる蛍光を検出するために、前記波長の光が装置内へ例
えばアルゴンレーザによって送出されなければならな
い。蛍光は５２０ｎｍで放出されるので、使用されるカ
ラーフィルタはこの範囲を透過させる必要がある。６３
３ｎｍで励起されることができるＣＹ５の場合も同様で
あり、これは６７０ｎｍで蛍光を放出する。
【００７３】図２には、第２の実施例のサンプルＰ内の
蛍光染料Ｆを検出する装置２００が示されている。
【００７４】この装置は格子形カプラ１１１の代わりに
カップリング鏡２１１を使用し、またディスク形の薄膜
導波管２１６が台形にカットされている点で、図１に示
される装置と異なっている。
【００７５】カップリング鏡２１１は入射の方向Ｒに関
して固定されている。これに代えて、例えば切頭した円
錐形の周囲検出表面の形を有する回転対称の鏡を励起用
装置に堅固に接続することができ、これによりこの鏡は
軸Ｄに関して良好に回転する。
【００７６】装置２００の残りのコンポーネント及び動
作のモードは、図１に関して説明されたコンポーネント
に対応しており、反復を避けるため、これらのコンポー
ネントに関しては図１の説明を参照されたい。ここで
は、それぞれの相応のコンポーネントの参照番号は第１
の図に対して相応に異なることを指摘するにとどめる。
【００７７】図３には、第３の実施例のサンプルＰ内の
蛍光染料Ｆを検出する装置３００の概略的な断面図が示
されている。
【００７８】検出手段３２０が変更されており、この検
出手段３２０に加えてさらなる検出手段３２５、デカッ
プリング装置３３０及びこのデカップリング装置３３０
と関連づけられる別の検出手段３４０が備えられている
点で、この装置は図１で示される装置と異なっている。
【００７９】反復を避けるために、これらの異なる特徴
だけを以下に説明する。残りのコンポーネントに関して
は図１に関する説明を参照されたい。ここでは、それぞ
れの相応のコンポーネントの参照番号は第１の図に対し
て相応に異なることを指摘するにとどめる。
【００８０】図３からわかるように、検出手段３２０に
は、レンズ系及び／又はマスク系３２１が設けられてい
る。これは放出される蛍光を検出手段上にフォーカシン
グするのに使用される。したがって検出手段の分解能を
この構成によって増大でき、レンズ系及び／又はマスク
系なしで動作する装置と比較して、検出表面３１２で使
用されるサンプルの数を増加させることができる。さら
に検出手段３２０がカラーフィルタを有しており、この
カラーフィルタは検出すべき蛍光３２３に適合される。
これにより、蛍光から発生していない光が検出手段３２
０に入り、誤った測定結果が導出されることが回避され
る。
【００８１】検出手段３２０に加えて図３に示される実
施例は、前記検出手段３２０と同じ構造的なデザインを
有する別の検出手段３２５を含んでいる。
【００８２】図３によれば前記検出手段３２５は、検出
手段３２０と反対側に、すなわち装置３００を上から見
た場合の約１８０°だけ離れて配置されている。この場
合、１８０°の角度を制限的に考える必要はない。検出
装置はもちろん相互に異なった角度で配置することもで
きる。
【００８３】検出手段３２５も、蛍光染料によって放出
される蛍光を検出するために設けられている。入射の方
向Ｒから結合された光と同様、装置３００は励起用装置
３１０内にＲ’から送出された光を結合させ、この光は
検出手段３２５の下方のサンプル内の蛍光染料を励起さ
せる。最終的にこの光は検出手段３２５により検出され
る。
【００８４】一方では図３に示される構成は、同じ蛍光
染料の蛍光の検出を可能にする。検出手段３２０及び３
２５は構造的に同じデザインを有しており、そのため測
定時間は５０％短縮される。
【００８５】しかも検出手段３２０、３２５、及び特に
前記装置の前面に設けられるカラーフィルタを適切に選
択することによって、異なった励起状態から生じる同じ
蛍光染料の蛍光を同時に検出することができる。さらに
カラーフィルタ装置と透過された励起光とが設けられ
て、少なくとも１つの別の蛍光染料Ｆ’が同時に検出さ
れるようにしてもよい。
【００８６】図１に示される実施例と比べて、図３によ
る実施例は付加的にデカップリング装置３３０を含んで
いる。図３によればこのデカップリング装置は同心のホ
ログラフィック格子形カプラとして実現される。これは
薄膜導波管の外側の境界部に取り付けられている。
【００８７】薄膜導波管の周辺部に取り付けられている
この格子形カプラによって、薄膜導波管内に戻り結合さ
れる蛍光の一部を減結合することができる。格子形カプ
ラは放出のスペクトルを分散させ、その結果全ての蛍光
染料の累積スペクトルは、別の有利にはリニアのＣＣＤ
検出器３４０によって、スペクトル的に検出することが
できる。
【００８８】第３の実施例では変更された検出手段３２
０と、付加的に設けられた別の検出手段３２５と、デカ
ップリング装置３３０と、これに関連する検出手段３４
０とが１つの実施例として共通に示されているが、これ
らの特徴は相互に独立していることを指摘しておく。さ
らに必要な場合にはこれらの特徴のそれぞれを個々に使
用でき、それぞれの特徴に関連して説明された利点が得
られる。
【００８９】図４には、第４の実施例のサンプルＰ内の
蛍光染料Ｆを検出する装置４００が示されている。
【００９０】この装置は図１に示されるものと異なって
いるが、相違点は励起光に結合するのに使用される格子
形カプラ４１１が、リング形の薄膜導波管４１６の外側
の境界部上に設けられている点のみである。この実施例
の結果によってはカップリング処理とデカップリング処
理を交換してもよい。
【００９１】その他に関しては図４で示される実施例は
図１に示されたものに対応しており、反復を避けるため
に、残りのコンポーネントに関しては図１の説明を参照
されたい。ここではそれぞれの対応するコンポーネント
の参照番号は、それらの第１の図に関して相応に異なる
ことを指摘するにとどめる。
【００９２】図５のａ、ｂには、第５の実施例のサンプ
ルＰ内の蛍光染料Ｆを検出する装置５００の概略的な断
面図と概略的な平面図とが示されている。
【００９３】基本的にこの装置は図１で示されるものと
は異なっている。薄膜導波管５１６とカップリング装置
５１１とを有する基体５１７は、軸線に関する回転運動
を行わず、並進運動を行う。
【００９４】反復を避けるために、運動の違いから生じ
る特徴だけを以下に説明する。その他に関しては図１に
関連した説明を参照されたい。それぞれの対応するコン
ポーネントの参照番号は、この場合もそれらの第１の図
に関して相応に異なるだけである。
【００９５】並進運動が装置５００内で実行されるの
で、以前に示された実施例と比較しての決定的な違い
は、励起用装置５１０の幾何学的配置である。装置５１
０は、基体５１７と、薄膜導波管５１６と、カップリン
グ装置５１１とを有している。
【００９６】図５のａ、ｂからわかるように、基体５１
７は矩形の形状をしている。この基体５１７はその上に
取り付けられる薄膜導波管５１６を有している。この薄
膜導波管も矩形の形状である。薄膜導波管５１６の一方
の側には光カップリング装置５１１が設けられており、
これはここでもホログラフィック格子として実現される
ことが望ましい。
【００９７】励起用装置５１０は、入射の方向に対して
垂直な方向で入射の方向Ｒに対する並進運動を行う。検
出手段５２０は入射の方向に対して固定されている。
【００９８】検出手段５２０が入射Ｒの方向に対して固
定されているので、先の実施例で説明した検出手段１２
０、２２０、３２０、４２０と比較して運動の差異は検
出手段５２０に何の変化ももたらさない。
【００９９】この装置によって実行される並進運動の助
けを得て、蛍光染料５１０を検出手段５２０に対して励
起するために、図５のｂに矢印Ｂによって示されている
ように、検出手段５２０は検出表面５１２全体をスキャ
ンする。したがって、検出表面５１２で使用されるすべ
てのサンプルの蛍光を検出することができる。
【０１００】さらに前記装置により、図１から図４で説
明された実施例に関連する全ての特徴を共通に、又は別
々に使用することを可能となる。前記特徴とは例えばデ
カップリング装置や前記デカップリング装置と関連する
検出装置であり、これらの検出装置にはレンズ系及び／
又はマスク系、及び／又はカラーフィルタ手段が設けら
れており、検出すべき蛍光に適合されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の概略的な断面図であ
る。
【図２】本発明の第２の実施例の概略的な断面図であ
る。
【図３】本発明の３番目の実施例の概略的な断面図であ
る。
【図４】本発明の４番目の実施例の概略的な断面図であ
る。
【図５】本発明の第５の実施例の概略的な断面図と、概
略的な平面図である。
【符号の説明】
１００、２００、３００、４００、５００ 装置 １１０、２１０、３１０、４１０、５１０ 励起用装置 １１１、２１１、３１１、４１１、５１１ カップリン
グ装置 １１２、２１２、３１２、４１２、５１２ 検出表面 １１６、２１６、３１６、４１６、５１６ 薄膜導波管 １１７、２１７、３１７、４１７、５１７ 基体 １２０、２２０、３２０、３２５、３４０、４２０、５
２０ 検出装置 ３３０ デカップリング装置
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−120397（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−292281（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−61346（ＪＰ，Ａ) 特表 平２−504313（ＪＰ，Ａ) 特表 平６−502012（ＪＰ，Ａ) 国際公開96／35940（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 21/00 - 21/74 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (31)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 検出すべき蛍光染料（Ｆ）を励起する装
    置（１１０、２１０、３１０、４１０、５１０）と、検
    出すべき蛍光染料（Ｆ）によって放出される蛍光を検出
    する手段（１２０、２２０、３２０、４２０、５２０）
    とを有し、 前記励起する装置（１１０、２１０、３１０、４ｌ０、
    ５１０）は、サンプル（Ｐ）の使用のために設けられて
    いる検出表面（１１２、２１２、３１２、４１２、５１
    ２）と、励起光カップリング装置（１１１、２１１、３
    １１、４１１、５１１）とを有し、 励起光カップリング装置により、予め定められた入射の
    方向（Ｒ）からの励起光を前記装置（１１０、２１０、
    ３１０、４１０、５１０）内に結合することができ、 結合される光のエバネッセントフィールドにより、検出
    すべき蛍光染料（Ｆ）が適用されたサンプル（Ｐ）内で
    励起可能である、 サンプル（Ｐ）内の蛍光染料（Ｆ）を検出する装置（１
    ００、２００、３００、４００、５００）において、検出すべき蛍光染料（Ｆ）を励起する装置は連続的な光
    導波層であり、 サンプル（Ｐ）は該連続的な光導波層の検出表面（１１
    ２、２１２、３１２、４１２、５１２）に相互に分離し
    て配置されており、かつ単一の励起光によって次々に検
    出され、 検出表面（１１２、２１２、３１２、４１２、５１２）
    が入射の方向（Ｒ）に対して可動なように設けられてお
    り、 前記検出表面（１１２、２１２、３１２、４１２、５１
    ２）の種々のサブセクションにおいて検出すべき蛍光染
    料（Ｆ）が励起される 、 ことを特徴とするサンプル内の蛍光染料を検出する装
    置。
  2. 【請求項２】 前記検出表面での完全な運動が行われる
    場合、前記検出表面が完全にスキャンされるように、検
    出手段（１２０、２２０、３２０、４２０、５２０）が
    検出表面（１１２、２１２、３１２、４１２、５１２）
    に対向して配置されている、請求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】 検出手段（１２０、２２０、３２０、４
    ２０、５２０）にリニアのフォトダイオードアレイ又は
    ＣＣＤアレイが設けられている、請求項１又は２記載の
    装置。
  4. 【請求項４】 検出手段には検出器が設けられており、
    該検出器は特に光電子増倍管であり、該検出器は予め定
    められた検出表面のスキャン方向に沿ってガイド可能で
    あるように構成されている、請求項１又は２記載の装
    置。
  5. 【請求項５】 検出手段（３２０）にはレンズ系及び／
    又はマスク系（３２１）が設けられている、請求項１か
    ら４までのいずれか１項記載の装置。
  6. 【請求項６】 検出手段（３２０）には、該手段によっ
    て検出すべき蛍光の波長に適合調整されたカラーフィル
    タ手段（３２２）が設けられている、請求項１から５ま
    でのいずれか１項記載の装置。
  7. 【請求項７】 検出すべき蛍光染料（Ｆ）を励起する装
    置（１１０、２１０、３１０、４１０）は、検出表面
    （１１２、２１２、３１２、４１２）が入射の方向
    （Ｒ）に対して回転運動（Ｄ）を行うように構成されて
    いる、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置。
  8. 【請求項８】 検出表面（１１２、２１２、３１２、４
    １２）は回転対称であって、特に円形のリング状の検出
    表面である、請求項７記載の装置。
  9. 【請求項９】 少なくとも１つの別の蛍光を検出する手
    段（３２５）が設けられており、前記蛍光は検出すべき
    蛍光染料（Ｆ）によって放出されるか、又は別の蛍光染
    料（Ｆ’）によって放出される、請求項７又は８記載の
    装置。
  10. 【請求項１０】 第１の検出手段（３２０）と、別の各
    検出手段（３２５）とは、検出表面に対して平行に、か
    つ相互に対して予め定められた角度で配置されている、
    請求項９記載の装置。
  11. 【請求項１１】 請求項３に関連して、１つ又は複数の
    リニアのフォトダイオードアレイ、又は１つ又は複数の
    ＣＣＤアレイは実質的に半径の方向に指向されている、
    請求項８から１０までのいずれか１項記載の装置。
  12. 【請求項１２】 請求項４に関連して、実質的に半径方
    向の検出表面をスキャン方向へガイドできるように、１
    つ又は複数の検出器が設けられている、請求項８から１
    ０までのいずれか１項に記載の装置。
  13. 【請求項１３】 検出表面（１１２、２１２、３１２、
    ４１２、５１２）が入射の方向（Ｒ）に対して並進運動
    （Ｔ）を行うように、検出すべき蛍光染料（Ｆ）を励起
    する装置（５１０）が設けられている、請求項１から６
    までのいずれか１項に記載の装置。
  14. 【請求項１４】 検出表面（１１２、２１２、３１２、
    ４１２、５１２）が実質的に矩形である、請求項１３記
    載の装置。
  15. 【請求項１５】 請求項３に関連して、線形のフォトダ
    イオードアレイ又はＣＣＤアレイは並進運動の方向に対
    して実質的に垂直に指向されている、請求項１４記載の
    装置。
  16. 【請求項１６】 請求項４に関連して、検出器は検出表
    面スキャンでの並進運動に対して実質的に垂直にガイド
    できる、請求項１４記載の装置。
  17. 【請求項１７】 検出手段（１２０、２２０、３２０、
    ３２５、４２０、５２０）と検出表面（１１２、２１
    ２、３１２、４１２、５１２）の運動とが同期されてお
    り、それにより検出表面上の各ロケーションは検出装置
    の検出結果と相関している、請求項１から１６までのい
    ずれか１項記載の装置。
  18. 【請求項１８】 励起光カップリング装置（１１１、３
    １１、４１１、５１１）が検出表面に対して固定される
    ように設けられている、請求項１から１７までのいずれ
    か１項記載の装置。
  19. 【請求項１９】 励起光カップリング装置（２１１）が
    入射の方向に対して固定されるように設けられている、
    請求項１から１８までのいずれか１項記載の装置。
  20. 【請求項２０】 励起光カップリング装置（１１１、３
    １１、４１１、５１１）が格子形カプラの形で設けられ
    ている、請求項１９記載の装置。
  21. 【請求項２１】 前記格子形カプラがホログラフィック
    格子の形で設けられている、請求項２０記載の装置。
  22. 【請求項２２】 励起光カップリング装置（２１１）が
    鏡の形で設けられている、請求項１９又は２０記載の装
    置。
  23. 【請求項２３】 検出すべき蛍光染料を励起する装置
    （１１０、２１０、３１０、４１０、５１０）が薄膜導
    波管（１１６、２１６、３１６、４１６、５１６）を有
    しており、該薄膜導波管は基体（１１７、２１７、３１
    ７、４１７、５１７）上に設けられている、請求項１か
    ら２２までのいずれか１項記載の装置。
  24. 【請求項２４】 励起光カップリング装置が、検出すべ
    き蛍光染料を励起させる光を、励起光が薄膜導波管（１
    １６、２１６、３１６、４１６、５１６）を通ってその
    検出表面に平行に伝導されるように薄膜導波管（１１
    ６、２１６、３１６、４１６、５１６）に結合する、請
    求項２３記載の装置。
  25. 【請求項２５】 光の１つのモードだけが前記薄膜導波
    管（１１６、２１６、３１６、４１６、５１６）の検出
    表面に平行に伝播されるように励起光が結合されて薄膜
    導波管（１１６、２１６、３１６、４１６、５１６）が
    実現される、請求項２４記載の装置。
  26. 【請求項２６】 検出すべき蛍光染料を励起する装置に
    はガラスプレートが設けられている、請求項１から２２
    までのいずれか１項記載の装置。
  27. 【請求項２７】 励起光カップリング装置は、検出すべ
    き蛍光染料を励起させる光を、前記光がガラスプレート
    を通って全反射率の角度で伝導されるようにガラスプレ
    ート内に結合する、請求項２６記載の装置。
  28. 【請求項２８】 励起装置内へ戻り結合する蛍光をデカ
    ップリングするデカップリング装置（３３０）と、前記
    蛍光を検出する手段（３４０）とが設けられている、請
    求項１から２７までのいずれか１項記載の装置。
  29. 【請求項２９】 前記デカップリング装置（３３０）が
    格子形カプラの形で、特にホログラフィック格子形カプ
    ラの形で設けられている、請求項２８記載の装置。
  30. 【請求項３０】 検出手段は検出器と、高反射率の内部
    検出表面を有する中空のスペースと、励起装置に対向し
    て設けられた第１の開口と、検出器に対向して設けられ
    た第２の開口とを有している、請求項１から２９までの
    いずれか１項記載の装置。
  31. 【請求項３１】 検出器が光電子増倍管装置の形で設け
    られている、請求項３０記載の装置。
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